Il progetto di un pavimento industriale su pali realizzato in calcestruzzo rinforzato con fibre d'acciaio

Pavimento fibrorinforzato senza rete per un grande magazzino in Belgio

I pavimenti su pali in Belgio stanno prendendo sempre più spazio per svariate ragioni. Da una parte perché stanno aumentando le richieste prestazionali da parte dei clienti e dei progettisti in termini di insediamenti produttivi e capacità di carico ammissibili, e dall’altra a causa dell’ampio sviluppo del paese, il che significa che le restanti aree presentano una qualità del suolo molto bassa.

Nel caso del nuovo centro di distribuzione del Van Marcke Sanitation Group nell’area industriale vicino a Rekkem, il suolo era costituito principalmente da terreno argilloso che ha reso essenziale optare per pali di fondazione per almeno una parte del progetto. La parte su pali ha un’estensione di circa 40.000 m².

Pavimento jointless senza rete elettrosaldata

È stato scelto un pavimento jointless in calcestruzzo senza rete elettrosaldata per i suoi numerosi vantaggi, ad esempio per il tipo di getto e la finitura eseguibile con una laser-screed. L’impiego della macchina a laser ed il fatto che nessuna rete dovesse deve essere posata in anticipo, ha permesso di completare l’opera molto velocemente e con un numero minimo di lavoratori presenti in sito. Questo si traduce in efficienza molto elevata per il cantiere.

I progettisti hanno optato per il cosiddetto pavimento jointless, ossia senza tagli di contrazione. Questo significa che il calcestruzzo può essere gettato direttamente a canala in grandi campiture che sono separate da giunti di costruzione, in questo caso sinusoidali.  Il grande vantaggio nella scelta di un pavimento senza tagli è che il carrello elevatore non attraversando i giunti di contrazione ogni pochi metri, che il guidatore percepisce come continui urti, va a migliorare il comfort di guida ma soprattutto diminuisce la richiesta di manutenzione ai muletti.

Il continuo passaggio dei mezzi sui tagli tende a causare un deterioramento nel tempo, il che significa che i conducenti di carrelli elevatori subiscono urti sempre più accentuati al loro passaggio sopra i tagli. Pertanto le grandi campiture jointless fanno sì che la durata di vita del pavimento aumenti significativamente.

L’interazione tra i pali e il pavimento è cruciale

Il progetto del pavimento in calcestruzzo dipende dalla capacità di carico della lastra: le scaffalature che dovevano essere posizionate in questo centro di distribuzione presentavano una capacità di carico di 10 ton per piedino. Questi scaffali sarebbero stati posizionati back to back lasciando passaggi che andavano da 2,05 m a 3,5 m, a seconda della zona dell’edificio: nel primo caso si parla di magazzino a corridoi stretti. Inoltre nel magazzino avrebbero circolato muletti con capacità di carico superiore alle 6 ton per asse.

Il fattore cruciale che ha fatto propendere per una soluzione efficace ed efficiente è stato il rapporto tra lo spessore della lastra e la maglia dei pali. Quando i pali sono molto distanziati fra loro allora c’è un numero piccolo di pali ma lo spessore della lastra deve essere aumentato, il che si traduce in costi maggiori. D’altra parte se la maglia si infittisce, ci saranno più pali ma lo spessore del pavimento può essere più sottile: in questo caso si ha un’economia dei costi. Anche il diametro dei pali gioca un ruolo importante nei costi totali: quando si predispongono pali di diametro maggiore, si ha un positivo impatto nello spessore e sulla quantità di calcestruzzo utilizzato nel pavimento.

Per il progetto Van Marcke il diametro dei pali era di 340 mm, collocati in una griglia regolare di 2,9 m x 2,9 m. Tra la testa del palo ed il pavimento è stato gettato uno strato di 70 cm di ghiaia ben compattata per garantire una distribuzione omogenea su tutto il sottofondo. Il vantaggio nell’impiego di questo strato di distribuzione è che il calcolo delle tensioni può essere eseguito tenendo conto di una testa del palo ’fittizia’ più grande a contatto del pavimento, che ha un effetto positivo sullo spessore.

Per limitare i momenti agenti sui bordi, ossia sulle ultime due file di pali ai bordi delle campiture oppure in prossimità dei giunti di costruzione, la distanza tra le ultime due file è stata ridotta di circa il 60-80% delle dimensioni della griglia. Di conseguenza non è stato necessario fare un pavimento più spesso o usare una rete elettrosaldata di rinforzo.

Calcolo dei momenti flessionali

È stata utilizzata la teoria delle linee di snervamento secondo Kennedy e Goodchild per determinare i momenti flessionali: questo metodo è utilizzato per prevedere le posizioni delle linee di rottura in un pavimento su pali. Di conseguenza i momenti flessionali sono determinati sulla base di questo meccanismo di rottura.

La teoria delle linee di snervamento fa affidamento sull'equilibrio energetico interno tra i carichi su bracci a sbalzo da una parte e, la resistenza rotazionale sulle linee di snervamento nello stato limite estremo, dall'altra.

Due importanti meccanismi sono distinguibili nel caso di pavimenti su pali di fondazione, definiti Modello a volta piegata (figura 1) e Modello percorso a ventaglio (figura 2).

 Figura 1

 Figura 2

Le linee di snervamento circolari non devono essere confuse con un meccanismo di punzonamanto, nel quale la testa del palo potrebbe rompere il pavimento a causa degli alti carichi concentrati agenti sui pali.

Il diagramma momento e sforzo-deformazione (figura 3) è usato per determinare il momento resistente della sezione trasversale del pavimento rinforzato con la fibra d’acciaio. Visto che il progetto Van Marcke è una soluzione solo fibra, il momento resistente può essere determinato dall'equilibrio tra la zona compressa (la stessa di un calcestruzzo non armato) e la zona in trazione (con il calcestruzzo fibrorinforzato). Il rinforzo tradizionale non è stato preso in considerazione nella zona in trazione.

 Figura 3

La zona in tensione della sezione trasversale del pavimento è definito da due valori: f_rt1,d e f_rt3,d. questi valori derivano da un test standard di flessione su una trave in appoggio: il test su trave secondo la EN 14651. Il momento assorbibile di una sezione può essere determinato in ultima analisi dall'equilibrio tra le forze risultanti e il loro corrispondente braccio a sbalzo.

Il valore f_rt1,d si trova proprio sotto la linea neutrale della sezione sotto sforzo a flessione mentre il valore f_rt3,d si trova sulla fibra esterna nella zona di tensione della sezione.  Si noti che il valore di f_rt3,d è superiore al valore di f_rt1,d per le fibre della gamma Dramix^® 5D. Questo significa che la capacità portante della trave standard diventa più alta con l’aumento della deformazione: si ha così un comportamento cosiddetto incrudente.

Il pavimento su pali alla fine è stato fatto con due diversi spessori: uno da 21,5 cm e uno più basso da 19 cm, rispettivamente il primo per la zona a corridoi stretti e il secondo per il magazzino con corridoi regolari. È stato scelto il medesimo dosaggio di fibre d’acciaio Dramix^® 5D (30 kg/m3) per entrambe le zone, ottenendo così rispettivamente un momento resistente di 30,07 kNm/m e 23,49 kNm/m, allo Stato Limite Ultimo.

Effetto del punzonamento

Il punzonamento sui pali, in una lastra sospesa, è un aspetto importante: il punzonamento è il fenomeno per cui il pavimento cede a causa di un alto stress da taglio in corrispondenza del palo. L’aggiunta di fibre d’acciaio al calcestruzzo ha un effetto positivo sull'assorbimento di questi sforzi da taglio. 

Il punzonamento è stato verificato sulla base della norma olandese CUR 111 che tiene conto del contributo delle sole fibre in acciaio nel calcolo della capacità di carico mediante il valore f_r3k.  Visto che i pali di fondazione sono a 70 cm sotto l’intradosso della lastra, risultando così la testa del palo come uno strato d’attrito più spesso, il punzonamento non è risultato un fattore determinante in questo caso.

Comportamento incrudente delle fibre d’acciaio Dramix^® 5D

Le fibre d’acciaio della gamma Dramix^® 5D, prodotte da Bekaert, sono una rivoluzione nel panorama delle fibre d’acciaio per il rinforzo del calcestruzzo. 

Grazie ad una combinazione di un’altissima resistenza a trazione (2200 N/mm²), ad un ancoraggio perfetto e ad un filo altamente duttile (estensione > 6%) si ottiene il cosiddetto comportamento incrudente (figura 4). Questo significa che, durante il test di flessione sulla trave, dopo che si è formata la fessura iniziale, la forza può essere assorbita perché maggiore del momento di frattura.

Questa è una delle maggiori differenze con le classiche fibre in acciaio in commercio, nelle quali, c’è un crollo della tensione subito dopo il picco di forza.

Ecco perché la gamma di fibre d’acciaio Dramix^® 5D è estremamente adatta all’impiego in soluzioni solo fibra senza l'uso di rinforzo tradizionale.

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 Figura 4

www.bekaert.com